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在当前发展的电动汽车和智能汽车上,博世“IPB”制动系统,即“智能集成制动系统”正推广使用,如荣威、蔚来等自主品牌的智能汽车上均已装用。比亚迪汉也是一款搭载“IPB制动系统”的电动车。所谓“智能”指IPB是一套电控的制动系统,用电机助力取代传统的真空助力,响应更迅速、控制更精确。所谓“集成”则指IPB系统还接收车辆偏航率等传感信号,将车身稳定ESP装置也集成进系统。对比传统真空助力的制动系统,IPB总泵系统的重量更轻,占用的空间也更小。
01
IPB智能制动系统结构的
核心是采用电机助力
图1所示为比亚迪汉IPB装置的外形。IPB是使用电机直接助力的制动装置,仍然装在原制动总泵的位置,制动踏板接图1中的推杆来实施制动。
Part.1
图1中的IPB总泵直接安装在防火墙上,其上仍然有油管通向车轮制动分泵,但这个装置已经没有了真空助力器,显然也不需要再装真空管,不用配装真空泵或真空罐,但车轮制动器仍是液压的。
Part.2
图3是IPB总泵的内部结构,主要分为主缸和推杆位移传感器、电机助力升压装置、液压调节装置等3个组件。系统包括伺服助力电机、控制电脑、阀体、制动总泵和储液罐等,构成“电液一体化”的产生、分配和传递的装置。其中电机就是受电脑控制的动力源,阀体为分配源,执行机构即为制动总泵,能量载体仍为储液罐的制动液。其工作过程如下:
①当需制动时驾驶员踩下动踏板,推杆由踏板推动,IPB总泵中部下方有个“踏板行程传感器”感知踏板的位移量大小,以及踏板移动的速率即移动的快慢程度;
02
IPB制动系统的特点和应用
Part.1
相比于传统的制动系统,IPB智能集成制动系统的突出优点在于响应更“快捷”。传统的制动系统,是靠制动踏板带动真空助力器产生制动液压的。而比亚迪汉车的IPB系统,没有真空助力装置,是将踩制动踏板的位移量快速转变成为电信号,控制电脑结合车速等传感参数,“按需”计算出所需制动力。由伺服电机快速完成对制动的助力,并精准调节液压大小。IPB制动响应更快,能够更精准地产生制动力。特别是当触发AEB“自动紧急辅助制动”功能时,传统真空助力制动系统需600ms的响应时间,而IPB可在150ms内即产生最大制动力,甚至比眨眼瞬间还要快,能快速提升4倍的性能。比亚迪汉车的每百干米制动距离可缩短至32.8m,可显著提升应对紧急路况的能力。
Part.2
特别是在电动汽车上使用IPB技术,还能极大地回收能量,获得显著增多续航里程的效益。众所周知,电动汽车制动能量回收的效率,与车速直接相关,车速越高回收效率越大,反之车速越低,效率则越低。但在制动过程中按习惯,驾驶员脚踩踏板的力往往是一个稳定值。这时就需在总制动状态保持不变的情况下,精细调节能量回收的力矩与分泵液压卡钳的制动力,尽量使能量回收效率最大化。实践证明,在城市道路行驶时,车辆多于90%的制动,均可由反拖驱动电机来起制动作用,很少用到制动分泵的制动摩擦。在车辆滑行工况时的能量回馈,几乎全部可由IPB制动技术转换为能量回收。这时制动电脑通过轮速传感器直接获取车轮动态,并快速高效地处理,保证车辆的稳定性。
比如,比亚迪汉车制动时,在制动电脑的控制下,IPB装置与驱动系统相匹配,驱动电机首先被反拖转为发电状态,快速将动能转化为电能进行能量回收。当电机制动无法满足制动需求时,IPB才会自动快速释放制动液,启动传统机械制动。在这个过程中,较完善的解决能量回收和制动力的柔顺衔接,实现无缝式的结合,系统在迅速转换过程中的响应极快,能多回收10%的能量,可观地增大了车辆的续驶里程。由于降低了对制动摩擦片和制动盘的依赖,还使制动片的磨损大幅减少,有效地降低了养车成本。
Part.3
图4反映了IPB装置的推杆位移与主缸液压的关系。中部紫色曲线表示有正常踏板感的液压变化,上部橙色虚线反映踏板有较强烈制动感觉,下方的绿色虚线为踏板有较柔和制动感。曲线变化过程分为4个阶段:
①踏板空程阶段,表示推杆有极小的位移,但没有产生主缸液压,即为制动踏板的自由行程;
Part.4
Part.5
IPB智能集成制动系统有较多的优点,IPB以伺服电机的助力方式,取代了真空助力器和真空泵的助力方式,具有突出的响应更快捷安全,柔性制动乘座更舒适等特点。虽然传统车辆上体会不到能量回收的优点,但能较大地延长制动片的使用寿命。IPB智能制动系统取消了真空泵,还能消除真空泵带来的工作噪声,也降低了能量消耗。当前IPB系统不仅在电动汽车、智能汽车上越来越多地采用,而且其作用已经扩展到传统的燃油汽车上。